Светлана Проскурина – Человек дышащий. Как дыхательная система влияет на наши тело и разум и как улучшить ее работу (страница 31)

Когда вы летите в самолете на высоте 16 000 метров, давление воздуха за бортом крайне низкое, а часть этого давления, которую обеспечивает кислород, – еще ниже. В итоге, если кабина самолета вдруг разгерметизируется, сверху выпадут кислородные маски. Если вы помните, стюардессы во время инструктажа всегда говорят, что сначала нужно надеть маску на себя, а потом на ребенка. Почему? Потому что у вас есть на эту операцию всего лишь 10–20 секунд до того, как вы потеряете сознание. Об этом, конечно, стюардессы не говорят, чтобы не сеять панику. Без маски и, соответственно, без сознания в таком разгерметизированном салоне самолета вы сможете прожить около 4–5 минут. После этого, так же как у не слишком везучего покорителя Эвереста, у вас начнется отек легких и отек мозга, что приведет к смерти. Здорово, что сейчас самолеты снабжаются кислородными масками, не правда ли?

Можно подняться еще выше, если у вас имеется космический корабль или, по крайней мере, скафандр. В скафандре космонавта, как и в космическом корабле, тоже создается дополнительное давление, чтобы он не терял сознание. Но в случае со скафандром космонавт при выходе в космос дышит кислородом, а не воздухом, а значит, давление можно сделать ниже атмосферного без потерь сознания. Чаще всего в скафандре поддерживается давление в 300–305 мм. рт. ст., более чем вдвое ниже атмо-сферного. Это все равно, что находиться на высоте 7000 м, но без скафандра. В любом случае космонавт при таких условиях получает очень серьезную нагрузку, и выполнение любой работы многократно усложняется. Отчасти поэтому каждый выход в космос – это большой риск, а время пребывания в открытом космосе всегда пытаются сократить. Внутри корабля, например внутри Международной космической станции поддерживается более гуманное давление в 760 мм. рт. ст., вполне земные значения. Состав воздуха, которым дышат космонавты, находясь на станции, тоже близок к земному – 21 % кислорода, 78 % азота и немного примесей других газов. О том, как обеспечить человеку нормальное дыхание в космосе, мы обязательно поговорим в следующих главах.

Гипоксия – вторая мама

Даже самый тренированный и опытный альпинист, у которого за плечами множество восхождений, никогда не сравнится по выносливости к недостатку кислорода – гипоксии, с человеком, который в условиях этой гипоксии родился и вырос и она ему, можно сказать, вторая мама. Покорение Эвереста было бы невозможно без помощи местных жителей, шерпов, которые помогают ослабевшим в разреженном воздухе восходителям добираться до вершины. Физиология этих ребят очень здорово отличается от нашей физиологии скромных жителей равнин. У народов высокогорья, будь то шерпы Непала, народ аймара в Андах или жители Эфиопского нагорья, тело с самого рождения и даже до рождения адаптируется к недостатку кислорода. Изменения, которые претерпели их дыхательная, сердечно-сосудистая системы и метаболизм – это та самая эволюция, которая произошла и до сих пор происходит, но не миллионы лет назад, а можно сказать, на нашем веку. У народов Тибета такие приспособления к высотной жизни появились за последние 3 тысячи лет, у жителей Эфиопии – за 5–7 тысяч лет, а у коренных народов Анд – за 11 тысяч лет. Эти изменения пришлись на нашу сознательную и документированную историю. Конечно, 3000 лет назад никто не бегал за шерпами с тонометрами и стеклышками для подсчета эритроцитов, абсолютно точных данных о том, как менялась природа их тел за эти 3000 лет, не существует. Но есть свидетельства, в том числе письменные, что представители этих народов в те времена проживали в высокогорье и что они переносили тяжелые подъемы намного легче всех прочих людей.

Любопытно, что щедрая рука естественного отбора отсыпала каждому из этих народов свой набор приспособлений, то есть горцы Анд приспособились к высоте совсем не так, как шерпы Тибета или племена в Эфиопии. Сейчас, благодаря молекулярной биологии и генетике, мы можем не только грубо оценивать внешние отличия горцев от жителей равнин, но и посмотреть, а что же такого необычного творится в их генах и клетках.

В 2019 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили трое ученых – Уильям Келин-младший, Питер Рэтклифф и Грегг Семенза. Они открыли и описали любопытные молекулы-факторы, которые помогают клетке распознать недостаток кислорода и поменять свою работу с учетом новых условий. Эти факторы так и называются – факторы, вызываемые гипоксией, или HIF. По сути, это такие регуляторы внутри клетки, которые могут влиять на то, какая именно часть нашей ДНК прямо сейчас пойдет в работу и, соответственно, какие продукты будет производить клетка. Ну, например, не хватает нам кислорода, значит такой фактор заставит работать ту часть ДНК, которая хранит информацию о нашем гемоглобине. И с этой матрицы клетка быстренько считает информацию и «напечатает» еще гемоглобина. Факторы, индуцируемые гипоксией, вызывают усиленное производство гемоглобина, эритроцитов – красных кровяных телец, новых сосудов и капилляров. Пакет «все включено», если у вас мало кислорода. Эти факторы включаются не только у жителей гор, но и у любого человека, который сталкивается с гипоксией, причем не важно, вызвана ли эта нехватка кислорода поездкой в горы, спортом или заболеванием, например хронической обструктивной болезнью легких. Кстати, их нашли не только у человека, но и у некоторых других животных, живущих на высокогорье. Кто у кого «списал» этот участок генетического кода или каждый вид сам до него «догадался», непонятно.

У тех, кто живет в горах многими поколениями, метаболизм меняется намного существеннее, чем у тех, кто приезжает на неделю, месяц или даже несколько лет. Например, у шерпов и жителей Тибетского нагорья не подскакивает гемоглобин в крови, не повышается артериальное давление и сердцебиение, но зато сильно увеличивается объем легких, а в легких и в теле у них намного больше сосудов и капилляров. Тибетские горцы дышат чаще, чем обычный человек – 17–18 раз в минуту против наших 12–14 вдохов. Если альпинист, поднявшийся в горы, часто дышит, только пока не акклиматизируется, и гемоглобин у него подскакивает за две недели на высоте, шерп часто дышит всегда, а гемоглобин у него такой же, как у нас с вами, а иногда даже ниже. Грудная клетка шерпов шире внизу, а объем легких больше. Они не бывают высокого роста, их руки и ноги короче, что позволяет не тащить гемоглобин на дальние расстояния по сосуду, а кожа более смуглая для защиты от жесткого высокогорного солнца.

Жители Анд пошли по другому пути. У них увеличилось количество гемоглобина и эритроцитов, но не изменились эффективность и объем легочной вентиляции. Так как гемоглобин дело наживное и его количество меняется под давлением условий среды, жители высокогорных деревень в Южной Америке оказались приспособленными к высоте не навсегда. Если такой горец спускался с горы и отдыхал на море пару месяцев, потом в своей родной высокогорной деревне он начинал задыхаться и страдать горной болезнью, ведь за это время его гемоглобин снижался до нормального уровня. У некоторых даже развилась хроническая горная болезнь, при которой из-за недостатка кислорода синеет кожа, а пальцы разбухают на уровне последней фаланги и напоминают барабанные палочки. В общем, каникулы у моря очень дорого обходились для организма такого горца. Некоторые пожилые люди не смогли впоследствии снова адаптироваться к высоте, и им пришлось навсегда покинуть горы.

У жителей Эфиопского нагорья, которые привыкли к высоте 3000 метров и более, эволюция пошла по третьему пути. У них и гемоглобин несколько выше, чем у обычных людей, но, кроме этого, их гемоглобин переносит больше кислорода. Он немного другой по структуре, причем это свойство не исчезает при спуске на уровень моря. Чем эффективнее гемоглобин переносит кислород, тем лучше им снабжаются органы, ткани и, конечно, мышцы. Такие приспособления могут дать некоторые преимущества в спорте, не зря бегуны из Эфиопии часто побеждают в забегах на длинные дистанции.

Для абсолютного большинства людей отдых в горах вовсе не означает улучшение их здоровья. Одно дело тысячелетиями приспосабливаться к суровым высокогорным условиям, а другое дело равнинному жителю подвергать свое тело таким испытаниям. Некоторых может ввести в заблуждение популярный миф, что в горах обитает много долгожителей и, значит, благодаря высоте люди живут дольше. Но скорее здесь просто более выражен естественный отбор. Медицина в высокогорных отдаленных деревнях редко доступна, а потому слабый ребенок, скорее всего, просто не выживет. А значит, остаются априори самые сильные и приспособленные. Среди таких встречаются и долгожители. Но тем не менее средняя продолжительность жизни представителей народов Тибета – всего 72 года. А места с реально большим количеством долгожителей находятся на уровне моря, это остров Окинава, Сардиния, остров Икария в Греции, полуостров Никоя в Коста-Рике. Тут нет ни Кавказа, ни Тибета, ни Альп.

Тем не менее ученых заинтересовало, каким образом высота может повлиять на человеческое здоровье и можно ли с ее помощью «лечить» некоторые болезни. Разные исследовательские группы проводили эксперименты на мышах в условиях искусственного высокогорья – сниженного уровня кислорода или при низком давлении. У мышей с генетически ускоренным старением снижение количества кислорода замедляло темпы старения, в том числе тормозились и неврологические нарушения. Кислород в этих экспериментах снизили до 11 % – как на высоте 4500 метров, но давление при этом не снижали, просто часть кислорода заменили на азот. Если честно, это совсем не то же самое, что бывает в горах. Скорее всего, в условиях дефицита кислорода клетки делятся медленнее, а значит, и стареют медленнее. Возможно, на замедлении старения организма это скажется хорошо, но вот на регенерации тканей после травмы – плохо. Если клетки недостаточно быстро делятся, значит они не смогут закрывать собой язвочки и бреши, которые появляются при отмирании ткани. А в растущем организме, у эмбрионов или новорожденных, замедление деления клеток может привести к гибели. Возможно, именно по этой причине первые конкистадоры, переселившиеся в Анды в Южной Америке, в течение первых 70 лет не могли иметь детей. Все беременности испанских женщин заканчивались либо выкидышем, либо новорожденный умирал вскоре после рождения.